基于布尔电路直接调制的混沌光时域反射仪

研制了一种基于布尔混沌直接调制激光器的混沌光 时域反射仪(COTDR),用 于实现光纤故障的高精度诊断。仪器利用布尔混沌作为调制信号,经驱动电路直接调制分布 反馈(DFB)激光器输出混 沌激光;混沌光经光纤耦合器分为两路,一路作参考光,另一路作探测光,注入到被测 光纤中,由故 障点反射的回波信号与参考光经光电转换后进行同步采样。最后对两组采样数据进行互相关 处理,根据相 关峰值判断故障点位置。实验结果表明,本文的COTDR能够检测到光纤的不匹配连接点和断 点等反射事件,并在 98km测量范围内可实现与距离无关的24cm空 间分辨率 。本文的COTDR结构简单、成本低,易于实现集成化和产品化,符合工程应用的实际需求。     

一种改善实时性的光辅助微波频率测量方法的研究

针对分段光辅助微波频率测量实时性不足的缺陷,提出一种新的改善实时性的光辅助微波频率测量方法。被测微波信号从上下两支路通过双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)同时对两路不同波长激光进行调制,调制输出激光经过单模光纤、光电转换器还原出微波信号。设置上下支路DPMZM的相位偏置电压,使上支路频率测量范围大,下支路频率测量范围小,在电域分两步计算处理得到被测微波信号频率。该方法避免了装置的调整及重新校准,从而实现更好的测量实时性。实验结果显示,实验装置在4.3~18.7 GHz的频率范围测量时间小于70μs、测量误差±0.4 GHz。     

一种用于旋转环境的无线激光数据传输模块设计

针对在发动机高速旋转状态下,其叶片的应力和温度等参数的测量需求,提出一种基于无线激光通信的数据传输模块。该模块由发动机转子端的发射部分和地面接收部分构成。发射部分将叶片采集的测量数据通过激光驱动电路采用直接调制的方法驱动激光二极管以光信号的形式发送给地面。地面接收部分通过光电探测电路将光信号转换为数字信号并传输给计算机进行处理。搭建了实验测试平台,测试结果表明无线激光数据传输模块在50cm的传输距离下可达到18MB/s的数据传输速率。     

调制转移光谱的最佳吸收程

调制转移光外差光谱信号的信噪比(SNR)和中心斜率与吸收程等有关.采用吸收程微元叠加法———把吸收程分成n段,计算出每一段产生的调制转移光谱信号元,再对n求和得到总的调制转移光谱信号.利用该方法,理论上研究了调制转移光谱信号相对强度及中心斜率随吸收程的变化,得到最佳吸收程.实验上比较了碘池温度为-15℃时一倍程(40 cm),二倍程(80 cm),三倍程(120 cm)和四倍程(160 cm)的光谱信号信噪比和谱线中心斜率,得到三倍程时信号信噪比和谱线中心斜率为最大,估算得到相应的激光稳频精度为9×10-14(1 s积分时间).通过吸收程优化过程获得的调制转移光谱信号用于激光频率稳定控制,有望获得更高的稳频精度.     

激光自混合干涉测速技术

讨论了激光自混合测速的原理、发展现状及关键技术。基于三镜腔模型,详细讨论了激光自混合测速的原理。反馈光与激光器腔内光混合,调制激光器的输出功率和频率,通过信号处理得到频移量,从而计算出物体的运动速度。当前,激光自混合测速技术尚处于发展阶段。主要针对低速、匀速的运动物体,速度测量范围为几mm/s至几十m/s,测量精度为1%;尚未建立普遍适用的测速模型,对影响自混合测速精度的因素研究还不成熟;信号处理和硬件实现的报道较少。激光自混合测速还有许多关键技术有待解决:高速、变速运动对象测速未见报道;高精度、大动态范围的信号处理技术有待发展;需要研究普遍适用的用于速度方向辨别的方法等。     

利用微波调制激光技术测速的实验研究

为了验证微波调制激光技术进行速度测量的可靠性,构建了一套通过微波调制激光技术测速的实验系统。利用激光作为载波,微波作为模拟调制信号对激光信号进行强度调制,光电探测器对信号光强度进行直接探测。利用射频电路,获得多普勒频移数据反演发射端和接收端相对运动速度。同时通过测量运动距离和时间计算平均运动速度,作为第三方数据,用于与微波调制激光技术测速的数据进行比较。理论分析了这套系统的原理并对其进行了实验验证。实验结果表明,利用微波调制激光技术测速的数据与第三方数据平均偏差小于2.0%,符合性好。     

简讯

用于速度计测的光传感器日本立石电机中央研究所试制成测量范围为0.01～100m/s的速度计测光传感器.如果向毛面上照射激光,因散射光的散乱干涉会产生斑点图象,若横向移动毛面,斑点图象就改变,由光传感器检出光强度的变化,并由此可求出速度.该传感器的标准误差小于1%(速度为1m/s时),目标距离为45mm.即使有±5mm变动,测量值仍能得到±0.5%的精度.传感器的光源使用波长为780nm的半导体激光.     

相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现

针对高重复频率相干测风激光雷达中风速反演时数据量大、计算量大、实时性要求高等问题提出了基于多核数字信号处理器（DSP）的并行风速反演算法。该算法的核心思想是,利用高速数据处理板卡DSPC-8681上的4颗8核DSP处理器采用单指令多数据流的方式进行并行计算和同步,使用最大似然离散谱峰值计算出视向风速。在激光脉冲重复频率为10 kHz的条件下实现了相干测风激光雷达中实时的风速反演。通过实验验证,激光雷达的视向探测距离达到3 600 m,距离分辨率为60 m,风速测量范围为30 m/s,时间分辨率为1 s,转动圆盘校准的速度测量精度优于0.48 m/s。     

Tm,Ho:YAP种子注入激光多普勒测速实验

报道了一台二极管泵浦种子注入Tm,Ho:YAP激光器。在重复频率100 Hz时,获得了单脉冲能量2.8 mJ、脉冲宽度289 ns的2.13 m单频脉冲激光输出。利用该种子注入Tm,Ho:YAP激光器作为发射光源,以一个最大标称线速度20.4 m/s、直径10 cm的风扇作为模拟探测目标,通过外差式相干探测的方法进行了激光多普勒测速实验。利用本振光与信号光的激光拍频信号,得到包含模拟探测目标速度信息的多普勒频移,通过数据处理计算出了风扇不同转速条件下模拟探测目标的速度,并与模拟目标的实际速度进行了比对,测量速度误差小于1 m/s。     

双载频步进频率雷达精确速度测量方法

步进频率雷达中,目标的径向运动将导致合成的目标径向一维距离像产生距离徙动和波形失真,需要对目标速度进行测量以补偿其影响。该文提出基于单个步进频率脉冲串的共轭法速度测量方法,然后提出一种同时发射双载频步进频率信号的速度测量方法,并分析了其潜在测量精度。理论分析和仿真结果证明,两种方法相结合不仅具有普通步进频率信号的高距离分辨率等优点,而且具有速度测量无模糊测量范围大、测量精度高的特点,可以利用速度测量值补偿目标一维距离像的距离移动和失真,从而同时实现高速目标的速度精确测量和高分辨成像。     

无人机互干扰抑制的雷达通信一体化波形设计

无人机雷达通信一体化(RadCom)系统中雷达接收信号是目标回波和通信信号的混合信号,会产生互干扰问题。针对该问题,改进标准正交频分复用信号,设计了一种交织OFDM一体化信号,其中,每种无人机的一体化信号在信号带宽内使用不重叠的子载频集,并利用基于调制符号的处理方法获取目标的高分辨距离-速度像,没有降低可实现的距离分辨率。仿真结果表明,所提方法在目标成像性能和计算复杂度上优于现有算法,低信干比下的距离像峰值旁瓣比改善了约9 dB,而且能够实现每秒兆比特级的高效数据通信。     

脉冲调制激光雷达水下成像系统

针对水下目标探测应用场景,给出了相应的532 nm波长激光雷达系统参数,结合条纹管激光雷达和载波调制激光雷达的优点,设计研制了一套水下三维成像增程激光雷达原理样机。相对于常见的微波调制激光产生高频脉冲的方案,该原理样机采取调Q技术压缩激光脉冲,再结合F-P腔的特性产生高频激光脉冲,具有峰值功率高和输出能量高的优点。实验结果表明,该原理样机在清水环境中成像距离优于20 m,能够捕捉到13 m处直径9 mm的目标细节;在浊水环境中的信号处理增程能力达到81.4%,相对距离分辨误差为0.01 m。所获得的实验结果为进一步提升水下激光雷达的成像距离和分辨率进而发展水下成像装备奠定了基础。     

V型啁啾调频单脉冲激光测速测距方法与实现EI北大核心CSCD

为实现雷达远距离动目标实时跟踪探测,单脉冲线性调频脉冲压缩算法和V型啁啾调频脉冲压缩算法为快速获得运动目标的距离速度信息提供算法基础。结合脉冲压缩算法优势以及两种波形脉压算法的弊端,利用V型啁啾调频脉冲发射波形,提出采用三角调频滤波处理方法,以解决目标的距离、径向速度值及速度方向信息同时获取的难题,为单脉冲实现速度矢量信息的隐蔽探测提供解决方案。通过搭建脉冲激光相干测量实验平台,在接收镜头后连接17.618 km延迟光纤以延长目标往返距离,对转速从−3.67~3.67 m/s的转盘进行速度距离测量。在40 MHz调制带宽,4.096μs调制脉宽,2.5 GS/s采样率条件下成功实现单脉冲距离速度多维信息获取,并对测速准确性进行评估,距离测量精度达到0.33 m,速度测量精度为0.061 m/s。     

相干激光测风雷达高分辨距离门自适应技术研究

脉冲相干激光测风雷达的信号处理通常采用固定长度距离门来划分时域信号,并对每个距离门做频谱计算得到风速度信息。固定距离门的时域信号划分存在中频信号的非整周期截断问题,导致频谱计算时出现频谱泄露而产生误差,使信噪比降低。文中提出一种基于整周期搜索的自适应距离门划分方法,距离门长度与中频信号频率自适应,可实现对信号的整周期分割,避免了频谱处理中的频谱泄漏问题,提高频率估计精度。采用加噪信号对两种处理方法进行仿真分析,结果表明:自适应距离门方法可实现距离门长度与中频信号的自适应,在信噪比小于1 dB时,该方法得到的中频估计误差是固定距离门方法的38%~62%。应用自适应距离门方法处理激光测风雷达系统获取的转盘和风场回波信号,与使用固定距离门方法的激光测风雷达测量结果进行对比。结果表明:自适应距离门划分方法对转盘速度测量的均方根误差为0.19 m/s,大气风速度测量的距离分辨率在7~11 m之间变化,均优于固定距离门方法,实现了激光测风雷达的距离分辨率和测量精度的提升。     

基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统

设计开发了一套基于探测器阵列的激光远场光斑测量系统.在1.5 m×1.5 m的靶面尺寸上间隔10 cm排列了15行×15列激光探测器阵列,探测器响应信号经前置放大后分别进行同步脉冲产生和信号峰值保持、峰值信号A/D采样,最后经计算机通信存储,事后进行光斑图像的形成和分析处理.光斑能量密度测量范围10 μJ/cm~2～10 mJ/cm~2,单元探测器测量精度优于15%,最高测量激光频率可达500 Hz.可满足目前大功率激光干扰武器装备的测量需求.     

线性调频连续波激光雷达测量方法研究

线性调频连续波激光雷达在光电器件响应速度有限的条件下,要满足较高的距离分辨率的测量要求,就需要比同体制微波雷达大得多的相对带宽。这就导致线性调频连续波微波雷达的距离与速度去耦合方法不能被直接应用。针对探测近距高速运动目标和实时性高的要求,根据激光雷达目标回波的特点,提出了一种快速线性调频信号参数估计方法,利用均匀分成两段的中频信号的傅里叶变换来获取目标的距离与速度信息。在目标距离50m,速度1000m/s,中频信噪比为0的仿真条件下,雷达测距误差小于15mm,测速误差小于10m/s。仿真实验表明,该方法具有较高的测量精度和较强的抗干扰能力。     

测试和测量

满足10GbE测试需求的信号分析仪CSA8000B通信信号分析仪可支持155Mbps到43Gbps速率的光数据传输，测试光纤、Infinibang和GbE应用的模块储存了数据通信的特征。仪器带有2个光通道和8个电通道，支持50GHz的模块。典型短时触发抖动小于800fsRMS，时间稳定性为0.1ppm。Tektronixhttp://www.tektronix.com用于基准测试环境的激光测微仪DesktopLaserScanMicrometer的扫描速度达226m/s，可测量高温的小物件，或运动与震动中的易碎工件，还可测试透明的物体。测量范围为0.5～60mm，可选的分辨率为50nm到0.1mm，带有RS-232数据接口。Edmun…     

连续相干探测激光风速仪设计与测试

为实现近距离风场的精确实时观测,基于连续相干探测技术,选取人眼安全的1.55 m为工作波长,设计了一台激光风速仪。系统光路采用全光纤结构增强运行稳定性,望远镜采用同轴透射式结构,有效口径为70 mm,测量光束聚焦距离为80 m。利用A/D采集卡上板载现场可编程门阵列芯片处理大气回波信号,并设计了谱质心算法估计径向风速,提高了系统运行的精确性和实时性。长期径向风速测量结果表明,所设计激光风速仪输出信号稳定,时间分辨率为1 s,风速测量范围下限约为0.915 m/s。与一台校准过的脉冲相干测风激光雷达进行对比实验,两设备测得风速数据相关系数为0.997,标准差为0.090 m/s,最大相差0.480 m/s。     

基于光纤链路传输的远程超宽带混沌成像雷达

提出了一种基于光纤链路传输的远程超宽带混沌成像雷达系统。该系统包括中心站、光纤传输链路和基站。在中心站,改进型Colpitts振荡器产生超宽带混沌信号,经上变频后作为雷达探测信号。探测信号通过激光器的外调制技术转换为相应的光信号,经光纤链路传输到基站并转换为相应电信号,由宽带天线发射。目标物反射的回波信号经电光转换和下变频在中心站被采集。利用相关运算和后向投影算法,中心站可实现对目标物的二维空间成像。实验结果表明,该系统经过10 km光纤传输后可对单个和多个目标物进行远程成像。成像的距离分辨率和方位分辨率分别为6 cm和8 cm。     

一种新型的抗干扰高精度混沌激光雷达

提出并研究了一种新型的具有天然抗干扰能力的,高精度混沌激光雷达.此激光雷达基于光反馈半导体激光器的连续波混沌激光的相关特性探测目标距离.数值分析了混沌状态和相关时间对混沌激光δ线型相关曲线特性的影响,表明高维、频谱平滑的混沌激光是理想的雷达光信号.实验验证了基于光反馈半导体激光器的混沌激光雷达测距及其高抗干扰能力,并获得了与测量距离无关且优于9 cm的测量分辨率.